当橡胶或塑料零件产量少、批量小时,为其制作工装的成本往往高于零件本身。液态聚氨酯解决了这个问题:液态双组分材料浇入模具,无需昂贵的硫化压模即可获得所需硬度的成品。TIMOL工厂采用自由浇注工艺为12个行业制造制品,从机械制造到食品工业。以下分析该工艺的工作原理、浇注型聚氨酯的技术参数,以及它相比橡胶、钢铁和工程塑料的优势。
什么是浇注型聚氨酯及自由浇注工艺如何运作
浇注型聚氨酯是由聚合物基体和异氰酸酯固化剂组成的双组分体系,二者在浇注前直接混合。混合物在液态时流动性好,因此能填充任何复杂形状的模具,聚合后转变为弹性耐磨弹性体。正是这种可控流动性使得无需加压即可采用自由浇注法浇注零件。
自由浇注工艺不需要橡胶硫化所需的压模和高压。混合物依靠自身重力填充模具,因此工装更便宜,尺寸切换更快。这使即使单件制造和少量按图纸定制零件在经济上也可行。对于品种持续变化的小批量生产和维修生产,这种灵活性往往比单件成本更重要,因为它能快速满足非标准零件需求而无需外购昂贵工装。
成品性能通过配方设定。通过改变成分比例和配比,可以获得从50 Shore A到70 Shore D的硬度:从软质阻尼元件到硬质重载支撑。在同一范围内还可以控制弹性、耐磨性和针对特定任务的化学稳定性。
液态状态的一个重要优势是能将嵌件和预埋件直接浇入零件体内。金属衬套、螺纹嵌件或骨架放置在模具中,聚氨酯在浇注时包覆它们,聚合后形成整体制品。这样就制成了带金属轮毂的车轮、钢轴上的滚筒、内衬辊轴。聚氨酯与金属的结合通过浇注前在经处理和脱脂表面上涂覆粘接底漆来保证。这样就得到了在一件产品中同时具有坚固金属骨架和耐磨弹性工作面的零件。
浇注型聚氨酯制品的应用领域
浇注型聚氨酯在磨损快的节点中替代橡胶、塑料甚至金属。从中浇注承受高机械载荷的轴和皮带轮、搬运设备的车轮和滚筒、输送机和传送带的导向滚筒。这些零件能承受强烈磨料,比橡胶类似品使用时间更长。
另一个方向是减振器、密封件、衬套和稳定杆连接件,这里重要的是弹性和形状恢复。聚氨酯衰减冲击和振动,然后恢复几何形状,因此此类零件不会像橡胶那样产生永久变形。从浇注型聚氨酯还制造联轴器、滑动轴承和防滑涂层。
还有一种应用是用于浇注石膏、混凝土、聚酯树脂和其他材料的弹性模具和托盘。聚氨酯模具易于脱模,多次循环保持精确几何形状。完整制品清单和工作方向见聚氨酯产品目录。
浇注型聚氨酯也广泛用于保护涂层和防滑表面。金属料仓、溜槽、叶片和流道以聚氨酯层内衬,承受散装物料的磨料冲击,保护金属免受磨损和腐蚀。此类涂层延长了昂贵金属骨架的使用寿命,降低了物料冲击壁面的噪音。在管道中,聚氨酯保护内外表面,以减缓流动摩擦加剧处的腐蚀和磨料磨损。
浇注型聚氨酯与橡胶、钢铁和卡普隆的对比
浇注型聚氨酯在综合性能上优于对手:比橡胶更耐磨,比钢铁更轻更安静,比硬质塑料更有弹性。表格汇总了浇注零件中实际竞争材料的参考工程特性。
| 材料 | DIN 53516磨耗 mm³ | 工作温度 °C | 密度 g/cm³ | 抗拉强度 MPa | 回弹弹性 % |
|---|---|---|---|---|---|
| TIMOL聚氨酯 | 38-39 | -60…+100 | 1.05-1.25 | 39-87 | 34-61 |
| SBR橡胶 | 100-200 | -40…+80 | 0.94-1.1 | 8-20 | 30-55 |
| NBR橡胶 | 80-150 | -30…+100 | 1.0-1.3 | 10-25 | 20-45 |
| 卡普隆 PA6/PA66 | 30-90 | -40…+100 | 1.13-1.15 | 60-85 | 5-15 |
| 结构钢 | 不适用 | -40…+500 | 7.7-7.9 | 370-700 | 不适用 |
聚氨酯在弹性体中磨耗最低(38-39 mm³),同时保持高弹性。卡普隆磨耗接近,但其回弹弹性仅5-15%,因此在冲击下开裂。钢铁在强度上胜出,但比聚氨酯重6-7倍,不衰减振动。橡胶在磨耗上处于劣势且更快失去形状。
如何根据任务选择配方和硬度
配方选择从理解零件所受主要载荷开始。对于磨料节点,选用Shore A区间上部(80-95 Shore A)较硬但仍有弹性的聚氨酯:正是弹性带来耐磨性。对于冲击节点,选用较软的Shore A牌号以获得缓冲。对于阻尼器、密封件和模具,在80-90 Shore A区域选用较软成分,这里重要的是弹性和形状恢复。
工程师建议:自由浇注的关键不仅是硬度,还有壁厚和零件几何形状。大型整体铸件聚合不均匀,可能产生内应力,因此复杂零件最好分解为合理壁厚,或提前与工艺师协商结构。配合面如需高精度,始终保留机械加工余量。
确定硬度后,工艺师协商对具体介质的耐受性。对于接触油类、弱酸碱的场合,选配相应基体,使零件不损失使用寿命。聚醚类型也很重要:简单聚醚基成分对潮湿和霜冻耐受性更好,而复杂聚酯基成分对油和温度的耐受性更高。正确选择基体对工作条件与硬度同等重要,因为它决定零件是否能在特定介质中耐用。各种条件下的更宽泛性能描述见参考信息部分。
如何在TIMOL工厂订购制品制造
订购时请发送图纸或带尺寸和配合的零件样品,描述工作条件:载荷类型、工作介质、温度范围和所需硬度。根据这些数据,工艺师选配浇注型聚氨酯配方,计算模具几何形状并确定加工余量。
可从单件到批量生产进行制造,包括大型制品和用于浇注的弹性模具。自由浇注工艺使即使单件订购也经济可行。如需按您的图纸计算和安排制造,请通过TIMOL工厂联系方式联系,或在服务部分查看工作范围。
